بتن، حاصل واکنش شیمیائی آب و سیمان پرتلند است. طی این واکنش ابتدا سیمان با آب، یک ترکیب ژله ای ایجاد می کند. این ترکیب، حالت سیال ویسکوزی را به وجود می آورد که سنگدانه ها در آن فضا معلق می شوند و با توسعه واکنش شیمیائی، تدریجاً این بخش ژله ای سخت شده و در این راستا سنگدانه ها را به یکدیگر چسبانده و باعث سختی بتن می گردد. این واکنش به واکنش هیدراتاسیون معروف است. سرعت این واکنش شیمیائی تاثیر بسزائی در کیفیت بتن نهائی دارد. از آنجا که محصول واکنش بتن، دارای ساختار کریستالی است، سرعت واکنش، فرمهای مختلفی از ساختار کریستالی را برای بخش سخت شده ژل سیمان ایجاد می کند که در استحکام نهائیبتن، موثر می باشد. هر چه سرعت واکنش هیدراتاسیون پائین تر باشد، کریستال های بتن دیرتر تشکیل می شوند ولی ساختار منظم تر و نتیجتاً مستحکم تری دارند و بالعکس با افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون، بتن سریع سخت می گردد ولی ساختار کریستالها بی نظم شده و به علت شکنندگی این ساختار، نتیجتاً بتن نهائی دارای استحکام کمتری است.
عوامل موثر در سرعت واکنش هیدراتاسیون به شرح ذیل می باشد
غلظت بالاتر واکنشگرها (در اینجا سیمان)، ارتباط مستقیم با سرعت واکنش دارد و لذا برای بتن های با عیار سیمان بالاتر، سرعت هیدراتاسیون بیشتر می باشد. در طرح های اختلاط با نسبت آب به سیمان کمتر، این سرعت هیدراتاسیون به همین دلیل بالاتر است.
دمای محیط واکنش، ارتباط مستقیم با سرعت هیدراتاسیون دارد. در تابستان سرعت گیرش بالاتر بوده و در زمستان سرعت پائین تر است. دمای مصالح مصرفی نیز از همین قاعده پیروی می کند. ضمناً برای سازه های بتنی که ضخامت بتن در آنها بیشتر است، گرمای حاصل از واکنش هیدراتاسیون سخت تر از ماتریس بتن خارج می شود و لذا باعث افزایش دمای درونی بتن شده و سرعت واکنش را افزایش می دهد.
تیپ سیمان، عامل مهم دیگری است که در این واکنش نقش دارد. سرعت واکنش هیدراتاسیون با نسبت فاز تری کلسیم آلومینات و تری کلسیم سیلیکات سیمان رابطه مستقیم و با فاز دی کلسیم سیلیکات رابطه عکس دارد. علاوه بر آن سیمان هایی که دانه بندی ریزتر و نرم تری دارند نیز در ساختار شیمیائی برابر، سرعت واکنش بالاتری دارند.
از آنجایی که ساختار کریستالی بتن، نقش مهمی در مقاومت بتن و نهایتاً در دوام بتن دارد، لذا مدیریت سرعت این واکنش شیمیائی بسیار حائز اهمیت است. به منظور این کار آئین نامه های ویژه بتن ریزی در هوای گرم و بتن ریزی در هوای سرد موجود می باشد که پیمانکاران ملزم به رعایت این آئین نامه ها هستند.
مطابق آئین نامه بتن آمریکا، هوای سرد شرایطی است که طی سه روز متوالی متوسط دمای هوا کمتر از 5 درجه سانتیگراد باشد و طی این سه روز،هیچگاه دما بطور متوالی طی 12 ساعت بالای 10 درجه سانتیگراد نباشد.
معمولاً وقتی صحبت از بتن ریزی در سرما می شود، تصور بیشتر مردم بحث یخ زدگی بتن است در صورتیکه با توجه به تعریف فوق این تصور می تواند غلط باشد و باید تمرکز خود را بر روی واکنش شیمیائی هیدراتاسیون قرار دهیم. این واکنش یک واکنش گرما زا است یعنی طی پیشرفت واکنش گرما آزاد می شود. شروع واکنش نیاز به مقداری انرژی اولیه دارد که همان انرژی اکتیواسیون یا فعالسازی است. چنانچه این مقدار انرژی، به حد لازم نرسد واکنش شروع نمی شود و لذا سخت شدگی سیمان اتفاق نمی افتد. در این حالت پس از مدتی، سنگدانه ها رسوب کرده و آب به سطح بتن می آید و عملاً بتن از حالت یکنواختی خارج می شود. ممکن است که حتی یخ زدگی اتفاق نیفتد ولی همین جدایش باعث می شود کیفیت بتنی که با تاخیر به سختی می رسد از حالت همگنی خارج شود. لذا زمانی که هوا به سمت سرما میل می کند، باید آئین نامه ها به دقت مطالعه گردد.
استفاده حداقل 375 کیلوگرم سیمان در هر متر مکعب بتن، نسبت آب به سیمان حداکثر 45%، عدم استفاده از سیمانهای پوزولانی و یا پوزولانها در طرح اختلاط و استفاده از مواد افزودنی شیمیائی زودگیر کننده، موارد توصیه ای هستند که در آئین نامه ها نیز به چشم می خورند.
در بین توصیه هائی که برای بتن ریزی در سرما وجود دارند، استفاده از مواد شیمیائی افزودنی، تحت عنوان زودگیر بتن به عنوان یکی از راهکارها، مورد توجه ویژه می باشد. زودگیرها، موادی هستند که باعث افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون می شوند. بعضاً به غلط نام ضدیخ در خصوص این ترکیبات، در این صنعت رایج شده است. لازم به ذکر است که افزودنی های زودگیر و ضدیخ دو طبقه جدا از یکدیگر هستند و مکانیسم عمل متفاوتی دارند.
ضدیخ ترکیبی است که باعث کاهش دمای انجماد آب بتن می شود و یخ زدگی را به تاخیر می اندازد ولی الزاماً در سرعت واکنش، تغییری ایجاد نمی کند. معمولاً ضدیخ برای حفظ ملات یا بتن در دماهایی که پیش بینی می شود برای دوره معینی، حین یا بعد از بتن ریزی و قبل از گیرش بتن، به زیر صفر برسد، استفاده می گردد. بتن ریزی در آن شرایط قواعد خود را دارد که با موضوع این بحث متفاوت است ولی برای حفظ ملاتهای مصرفی در شرایط یخبندان، می توان از ضد یخ استفاده کرد.
اگرچه پایه شیمیائی هر دو دسته زودگیرها و ضدیخها معمولاً نمکهای معدنی است، ولی نمکهائی که بخش کاتیونی کلسیم دارند دارای نقش زودگیری می باشند. نمکهای کلسیم محلول در آب، شامل ترکیبات کلسیم نیترات، کلسیم کلراید، کلسیم فرمیات و کلسیم نیتریت هستند که از بین این ترکیبات، کلسیم کلراید نقش زودگیر کنندگی بیشتری دارد ولی از آنجا که یون کلر در بتن های مسلح باعث خوردگی آرماتور می شود، میزان یون کلر این دسته از بتن ها دارای محدودیت هایی می باشد و لذا برای استفاده از این ترکیبات در بتن مسلح ممنوعیتهایی وجود دارد. اگرچه کنترل میزان کلر در حد قابل قبولی می تواند در بتن وجود داشته باشد و ایجاد مشکل نمی کند ولی اصل محافظه کاری ایجاب می کند که از ورود این ترکیب به بتن جلوگیری شود. کلسیم نیترات دیگر نمک کلسیم بوده که به عنوان زودگیر در این صنعت مصرف زیادی دارد. این ترکیب علاوه بر زودگیری در بتن، خاصیت ضدیخ را نیز داشته، محافظت خوردگی میلگردها را نیز افزایش می دهد و استحکام نهائی بتن را بهبود می دهد.
استفاده از روان کننده ها و فوق روان کننده های زودگیر نیز در این صنعت رایج است. این مواد برای شرایط سرمای ملایم توصیه می شوند و در شرایطی که هوا سرد می شود، بهتر است که روان کننده و زودگیر به میزان لازم و تفکیک شده استفاده شود.
میزان مصرف زودگیر وابسته به دمای هوا و ضخامت بتن است. با کاهش دما و ضخامت بتن، میزان زودگیر باید افزایش یابد. ضمناً زودگیر باید قبل از بتن ریزی به میکسر افزوده شود و به میزان لازم اختلاط صورت پذیرد و سپس بتن ریزی انجام گیرد ولی تاکید می شود که استفاده زودگیر بتن در هوای سرد به عنوان یکی از کارهایی است که باید انجام داد و موارد دیگر نیز باید مطابق با آئین نامه رعایت شود.
MTONANO Mix
شرح:
MTONANO Mix یک افزودنی بتن فوق پیشرفته و براساس تکنولوژی نانو می باشد که جهت دست یابی به بتن های خاص و توانمند طراحی شده است.
MTONANO Mix در بتن ریزی های پیشرفته و سازه هایی که دارای شبکه های آرماتوری بسیار پیچیده و بسیار متراکم می باشند کاربرد دارد. معمولا برای روان سازی بتن و افزایش اسلامپ و یا کاهش نسبت آب به سیمان مصرفی از انواع روان کننده ها و فوق روان کننده ها استفاده می گردد. لذا اکنون با ظهور تکنولوژی های نوین مانند نانو تکنو لوژی و بهره گیری از این پیشرفت در صنعت بتن و افزودن ذرات نانویی به فوق روان کننده های رایج، باعث ظهور MTONANO Mix با خواص منحصر به فرد، متفاوت و برتر از انواع روان کننده و فوق روان کننده ها گردیده است. تاثیر این افزودنی باعث می گردد تا بتن در نازک ترین ابعاد قالب بندی و محل های تراکم آرماتور، بدون نیاز به عملیات ویبره و صرف انرژی زیاد حرکت نموده و حجمی متراکم و یکنواخت یه دست آید.
• افزودنی بتن بر پایه تکنولوژی نانو جهت دستیابی به بتن های خود متراکم ، فاقد جداشدگی ، حداقل نفوذپذیری و افزایش چشمگیر دوام به خصوص در سازه های ساحلی و آبی.
خواص و مزایا:
خروج کامل حباب ها و هوای محبوس شده در بتن و کاهش بالای نفوذ پذیری، تراکم بالا در تمام سطوح و مقاطع بتن، جلوگیری از گسیختگی شبکه آرماتور، دوز مصرف پایین، امکان کاهش مصرف سیمان با توجه به افزایش مقاومت حاصله، افزایش مقاومت فشاری، خمشی، افزایش چسبندگی بتن ها و آرماتورها، سازگاری با انواع سیمان، کاهش چشمگیر سایش تجهیزات بتون ریزی و جلوگیری از فرسودگی تجهیزات، دوام سازه های بتنی، افزایش کیفیت سطح بتن و جلوگیری از ایجاد سطوح متخلخل و کرمو،عدم نیاز به ویبره زنی، امکان باز نمودن قالب ها پس از 8 تا 12 ساعت پس از بتن ریزی، عدم جدا شدگی در بتن، ایجاد سطوح بتنی اکسپوز.
کاربردها:
ساخت بتن های خاص و مناسب برای شرایط محیطی مختلف، ساخت بتن های با دوام در مناطق ساحلی و محل هایی استعداد خوردگی آرماتورهای بالا می باشد، ساخت بتن در مناطقی مستعد جهت سولفاته شدن بتن، طراحی و اجرای بتن های توانمند، بتن ریزی در مقاطع نازک و با تراکم بالای آرماتور، بتن های پیش ساخته، اجرای بتن های اکسپوز، ساخت بتن های با دوام بالا و حداقل نفوذ پذیری ، ساخت بتن های سبک، ساخت بتن های خوتراکم، ساخت بتن های با مقاومت بالا، ساخت بتن های تزئینی،ساخت بتن های الیافی.
میزان مصرف:
با توجه به متغییر بودن مصالح و شرایط اجرا و بهره برداری میزان دقیق مصرف می بایست بر اساس آزمایش های کارگاهی به دست آید ولی برای شروع آزمایشات، مقدار مصرف پیشنهادی 0.3 تا 0.8 درصد وزن سیمان مصرفی می باشد.
نحوه ی استفاده:
MTONANO Mix را می توان به آب اختلاطی بتن و سپس به مصالح خشک اضافه نمود و یا آن را به بتن آماده افزود.
مراقبت از وسایل کار:
ابزار و لوازم به کاربرده شده را بلافاصله پس از مصرف تمیز کرده و بشویید.
انبارداری:
MTONANO Mix را در محیط سربسته و به دور از تابش مستقیم خورشید و دمای زیاد نگهداری نمایید. در مناطق گرمسیری می بایستی این محصول در جای تهویه دار نگهداری گردد.
عدم توجه به روش انبارداری مناسب باعث آسیب دیدن محصول و یا ظرف آن می شود.
نکات ایمنی:
همانند تمامی محصولات شیمیایی دقت شود تا از تماس با چشم ها، دهان، پوست و موادغذایی پرهیز گردد. در صورت تماس با پوست و چشم ها بلافاصله آن را به مدت 15 دقیقه با آب شستشو داده و به پزشک مراجعه نمایید. اگر به طور اتفاقی بلعیده شد، می بایست اقدامات پزشکی انجام شود. در ظرف ها را پس از استفاده ببندید و برای اطلاع از انبارداری ویژه یا انهدام باقیمانده مواد به بروشور ایمنی محصول مراجعه نمایید.
تاییدیه کیفیت:
تمام محصولاتی که توسط شرکت کلینیک بتن ایران عرضه می گردند مطابق با استانداردهای کیفی بین المللی می باشد.
جهت دریافت قیمت افزودنی بتن MTONANO Mix و سایر افزودنی های بتن با ما تماس بگیرید.
Sio2 Nano یک افزودنی فوق پیشرفته بتن و بر اساس تکنولوژی نانو می باشد که جهت دستیابی به بتن های خاص و توانمند طراحی شده است.
استفاده از نانو سیلیس در بتن ریزی های مجاور سواحل دریا ها به طور جدی مورد توجه مهندسین ساختمان قرار گرفته است. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد آن مانند بهبود خواص مکانیکی و افزایش دوام بتن در روند به کارگیری آن در کشورهای پیشرفته رو به افزایش است.
نانو با حالت غیر کریستالی به شکل ذرات بی نهایت ریز با قطر نانویی برای استفاده به عنوان یک ماده سیمانی در بتن بسیار مناسب است.
مصرف و به کارگیری Sio2 Nano با استاندارد ASTM C1240 مطابقت دارد.
موارد مصرف:
• اجرای بتن در سواحل دریا، اسکله ها و پل ها
• ساخت بتن های با مقاومت بالا
• ساخت بتن سدها، کانال ها، تونل ها، مخازن و منابع آب
• کف سازی و نماسازی
• ساخت بتن های در معرض خوردگی
مزایای مصرف:
افزودن نانو سیلیس به مخلوط بتن باعث می گردد Sio2 فعال آن با محلول هیدروکسید کلسیم Ca(OH)2 آزاد موجود در منافذ موئین بتن ترکیب گرددو کریستالسیلیکات کلسیم نامحلول تولید نماید و در نهایت باعث تراکم ساختار خمیر سیمان و کاهش نفوذ پذیری و افزایش مقاومت بتن گردد. از جمله این مزایا می توان به افزایش مقاومت فشاری و خمشی و کششی بتن، افزایش مقاومت بتن در برابر فرسایش، کاهش قابل توجه نفوذپذیری بتن، جلوگیری از نفوذ یون کلر و سولفات ها و سایر مواد شیمیایی مخرب به داخل بتن، اشاره کرد.
میزان مصرف:
میزان دقیق مصرف Sio2 Nano می بایست از طریق آزمایش های کارگاهی مشخص گردد لذا به عنوان راهنمایی توصیه می شود Sio2 Nano را می توان به نسبت 3 الی 7 درصد وزن سیمان به بتن افزود (با توجه به این که باعث افزایش مقاومت بتن می گردد می توان جایگزین همان مقدار سیمان گردد). با توجه به این که نانوسیلیس خاصیت کاهندگی آب دارد حتما می بایست به همراه یکی از فوق روان کننده ها Dezo استفاده گردد. در غیر این صورت باعث ترک خوردن بتن و کاهش کارایی و عدم تراکم بتن می گردد.
نحوه ی استفاده:
Sio2 Nano را به میزان لازم در زمان ساخت بتن با اجزای خشک مخلوط کرده و سپس آب و فوق روان ساز را به آن اضافه نمایید.
مراقبت از وسایل کار:
ابزار و لوازم به کار برده شده را بلافاصله پس از مصرف تمیز کرده و بشوید.
مقادیر اضافی Sio2 Nano را در آب و یا خاک نریزید.
انبارداری:
Sio2 Nano را در محیط سربسته و به دور از تابش مستقیم خورشید و دمای زیاد نگهداری نمایید. در مناطق گرمسیری می بایستی این محصول در جای تهویه دار نگهداری گردد.
عدم توجه به روش انبارداری مناسب باعث دیدن محصول و یا ظرف آن می شود.
نکات ایمنی:
همانند تمامی محصولات شیمیایی دقت شود تا از تماس با چشم ها، دهان، پوست و مواد غذایی پرهیز گردد. در صورت تماس با پوست و چشم ها بلافاصله آن را به مدت 15 دقیقه با آب شستشو داده و به پزشک مراجعه نماید. اگر به طور اتفاقی بلعیده شد، می بایست اقدامات پزشکی انجام شود. در ظرف ها رات پس از استفاده ببندید و برای اطلاع از انبارداری ویژه یا انهدام باقیمانده مواد به بروشور ایمنی محصول مراجعه نمایید.
تاییدیه کیفیت:
تمام محصولاتی که توسط شرکت کلینیک بتن ایران عرضه می گردد مطابق با استانداردهای کیفی بین المللی می باشد.
جهت دریافت قیمت افزودنی بتن نانو سیلیس Nano Silis و سایر افزودنی های بتن با ما تماس بگیرید.
سالهاست استفاده از آب بند (واتر استاپ) به منظور آب بندی درزهای اجرایی و محل های قطع بتن (Construction Joint) متداول است. امروزه تمامی کشورهای توسعه یافته و پیشرفته از آب بندهای هیدروفیلیک یا بنتونیتی برای آب بندی درزهای اجرایی استفاده می کنند نه نوع P.V.C آن، زیرا محل ثابت سازی آب بندها در بین آرماتورها می باشد و با گذشت چند سال از عمر سازه و بررسی شرایط آرماتورها و بتن مشاهده می کنیم آرماتورهای طولی و عرضی که در سمت آبگیر سازه قراردارند به واسطه عبور آب و استفاده نکردن از افزودنی های بتن، از طریق درز سرد موجود بین مقاطع بتن ریزی شده و لوله های موئین ناشی از تبخیر آب بتن، دچار زنگ زدگی شده که در برخی از موارد با انبساط 6 الی 15 درصدی حجم آرماتورها، بتن دچار ترک خوردگی می گردد. این نقصان عاملی جهت تشدید نفوذپذیری و کاهش شدید طول عمر سازه بتنی می باشد. آب بندهای هیدروفیلی یا بنتونیتی علاوه بر سهولت و سرعت بسیار زیاد در نصب تمامی نواقص فوق الذکر را رفع می کنند.
برای آب بندی یک سازه بتنی باید دو کار اساسی صورت بگیرد:
• آب بندی خود بتن توسط بتون مناسب
• آب بندی درزهای بتن توسط واتراستاپ
که هر دو صورت می بایست برقرار باشد.
اصول آب بندی بتن
اصلاح منحنی دانه بندی و کنترل میزان فیلر (FILLER) بتن یعنی بیشتری نسبت به سایر مواد داشته باشد و تغییر نسبت مصالح درشت به ریز (در بتن های معمولی شن بیشتر است ولی در اینجا نسبتها برابر باید باشد)، نسبت آب به سیمان حداقل است، از دیگر عوامل موثر ویبره ی مناسب است و برای افزایش ضریب اطمینان لزوما همه بتن ها نیاز به افزودنی ندارند البته اگرخوب اجرا شود.
اصول آب بندی درزها
• واتر استاپ(water stop)
• درزگیر بتن که به عنوان مکمل استفاده می شود نه به عنوان جایگزین
کاربرد واتراستاپ ها برای آب بندی درزهای اجرایی و درزهای انبساط در سازه های بتنی آبی استفاده می شود.
اهمیت واتر استاپ ها را در سازه های آبی می توان به مانند بادبند ها در سازه ها عنوان نمود.
واتر استاپ طول مسیر جریان و حرکت آب را طولانی می کند تا آب نتواند نشت کند. ضخامت بتن بر اساس میزان نفوذ پذیری از آن جهت اهمیت دارد که اگر ضخامتش بیشتر از میزان نفوذ پذیری آب باشد تا آب از آن عبور نکند.
یکی از نکات در طراحی، عرض واتر استاپ است، که عمق نفوذ بیشتر از یک دور رفت و برگشت باشد.
انواع درزها
1- درزهای ثابت: در این درزها آرماتور قطع نمی شود.
الف) درزهای اجرایی (مثل قطع بتن ریزی و عدم پیوستگی
ب) ترک
2-درزهای حرکتی:
الف) انبساط حرارتی
ب) انقباض
ج) فرعی ترکیبی
بنا به نوع درزها 2 نوع واتر استاپ داریم که شامل تخت که در وسطش حفره نمی باشد.
همه واتر استاپ ها آج دارند که باعث چسبندگی و افزایش طول مسیر آب می باشند و نوع آنها با توجه به نوع درز تعیین می شوند.
در واتر استاپ هایی که در وسطش حفره دارند، حفره دقیقا وسط درز حرارتی انبساطی می افتد که جلوگیری از بازی کردن درز میشود .
انواع واتر استاپ ها از لحاظ محل قرار گیری در مقاطع بتنی به انواع زیر تقسیم می شوند:
الف) واتر استاپ های میانی
ب) واتر استاپ های کفی (کف استخر،آب بندی استخر)
ج) واتر استاپ های روکار
نکته: در درزهای انبساطی واتر استاپ ها مستقیما با آب در تماس هستند ولی در درزهای اجرائی اینگونه نیست.
عوامل موثر در تعیین اشکال و ابعاد واتر استاپ ها
• نوع و اندازه درز
• محل قرار گیری واتر استاپ ها در مقطع بتنی
• ضخامت قطعه بتنی که واتر استاپ ها در آن قرار دارند
• فشار هیدرواستاتیک درون سازه
نکته 1: دو گوه انتهایی واتر استاپ ها نقش بسیار مهمی در جلوگیری از عبور آب دارد،چون گوه های وسطی که در کشش قرار می گیرند تخت می شوند ولی انتها هیچ تغییری نمی کند.
نکته 2: واتر استاپ به هیچ وجه خم یا سوراخ نمی شود. این واتر استاپ ها را باید از بالا و پایین کاملا مهار شود.
ساده ترین راه همپوشانی (Overlap) هرچقدر که Overlap زیاد باشد به خاطر آج ها دو سر کاملا بر هم منطبق نمی شوند.
بهترین راه Overlap توسط جوش لب به لب توسط دستگاه مخصوص هویه برقی می باشد به این صورت است که دو سر واتر استاپ را ذوب می کنند و به هم می چسبانند.
نکته: دقت شود که واتر استاپ باید ذوب شود نه اینکه بسوزد.
نکته: دقت شود که در هنگام ذوب گاز سمی متصاعد می شود و باید در فضای باز و از ماسک استفاده شود.
مراحل کار: هنگام ذوب کردن هر دو لبه به طور همزمان توسط المانی که وسطش می گذاریم و با گرما می شود.
واتر استاپ در محل عمود بر درز در کشش است و ما در مورد مقاومت کششی این محل اتصال نداریم.
آزمایش کنترل کیفیت واتر استاپ
دو قطعه I شکل از واتر استاپ در هر دو جهت آنها بریده می شود و مورد بررسی قرار می گیرد.
نکته: افزایش طول در زمان بریدگی و مقاومت مهم است.
در سالهای گذشته ار واتر استاپ های مسی استفاده می شد که راحت پاره می شدند و در جوش دادن آنها به مشکل بر می خوردند و در ضمن گران بودند و استفاده از آنها به صرفه نبود.
واتر استاپ های P.V.C در مقابل اشعه ماوراء بنفش خشک و شکننده می شوند.
از ویژگی های واتر استاپ های مرغوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• دارای رنگ روشن باشد (چون رنگ تیره از جنس مواد کهنه می باشد)
• سطح آنها حتما آجدار باشد
• زیر تابش مستقیم نور خورشید قرار نگیرد.
• به هیچ وجه سطح آن چرب نباشد.
نویسنده : کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))
مقدمه:
امروزه با گسترش و افزایش حجمی، مالی، اهمیت و زمان پروژه عمرانی در سطح دنیا و ایران از یک سو و از سوی دیگر جایگاه بتن به عنوان پر مصرف ترین ماده و مصالح مصرفی در این پروژهها، باعث گردیده تا دست اندرکاران و متخصصین این عرصه نگاهی ویژه در مواجهه با این مصالح مصرفی داشته باشند. بتن که با بهرهگیری از مزایای منحصربفردی چون دسترسی نسبی آسان، هزینهی اجرایی مناسب، مقاومت در برابر حرارت و آب، شکل پذیری بالا و ... همواره از سوی طراحان و مهندسین اجرایی براساس مشخصه مقاومت ارزیابی و دسته بندی میگردد. لذا در سالهای اخیر با توجه به تنوع زیاد محیطی محلهای اجرایی سازههایی همچون مناطق ساحلی، مناطق با آب و هوای گرم و یا سرد، سازههای آبی، سازههای حرارتی، سازههای نیروگاهی و هستهای، سازههای دریایی و ... که هر یک دارای شرایط و تاثیر گذاری متفاوت بر سازههای مذکور میباشند که به صورت ملموس میتواند تاثیری پررنگ بردوام و عمر بهره برداری سازهها داشته باشد، کارشناسان را به فکر لحاظ فاکتورهای دوامی در طرح اختلاط بتن فرو برده است. بدیهی است با توجه به اینکه سازه بتونی چه در مراحل ساخت مصالح اولیه بتن مانند کارخانههای فولادسازی، کارخانه سیمان، سنگ شکنها و کارخانههای تولید مواد شیمیایی و پوزولانی، حمل و سیستمهای انتقال مصالح به پروژهها، اجرا و تخریب سازههای مستهلک، میتواند تولید کننده و وارد کننده حجم بالای آلودگی به محیط زیست باشند و هم چنین عدم بازیافت مناسب از سازههای تخریبی، باعث می گردد دوام بهره برداری پایین تر از معیارهای پیش بینی شده و جهانی، اثرات مخرب زیادی بر محیط زیست و تولید پسماندهای مضاعف داشته باشد.
2. دوام سازه های بتنی:
دوام یا پایایی بتن متناظر با سن یا عمر خدمت رسانی آن در شرایط محیطی مشخص به شمار میآید. بدیهی است با تغییر شرایط محیطی حاکم بر بتن، مفهوم دوام بتن تغییر می کند. طبق تعریف ACI 201 ، دوام بتن حاوی سیمان پرتلند به توانایی آن برای مقابله با عوامل هوازدگی، تهاجم شیمیایی، سایش و یا هر فرآیندی که به آسیب دیدگی میانجامد، گفته میشود. بنابراین، بتن پایا بتنی است که تا حدود زیادی شکل اولیه و کیفیت و قابلیت بهرهبرداری و خدمت رسانی خود را در شرایط محیطی حاکم حفظ نماید. اکنون لزوم منظور نمودن مشخصات دوامی مصالح مصرفی در سازهها همانند مشخصات مکانیکی پذیرفته شده است که همراه آن هزینه نیز منظور میگردد. سازههایی همچون رویههای بتنی راه، فرودگاه و پارکینگها، بتن سیلوهای غلات و سیمان و سایر مصالح معدنی، پلهای راه و راه آهن، باراندازها و اسکلههای بتنی و پلهای ارتباطی آن، مخازن آب یا نفت و گاز مایع و غیره، جداول بتنی و قطعات نیوجرسی، قطعات پیش ساختهای همانند تراورس و لولههای بتنی آب و فاضلاب، سازههای بتنی فراساحلی، سدهای بتنی و سرریزها، پوشش بتنی پیش ساخته و درجا برای تونلهای راه و راه آهن و انتقال آب، سازههای بتنی تصفیه خانههای آب و فاضلاب، سازههای بتنی راکتورهای اتمی و تاسیسات وابسته به آن، کانالهای انتقال آب و آبروهای بتنی، دودکشها و برجهای مخابراتی بتنی، ساختمانها و بناهای مسکونی، تجاری، اداری و آموزشی، فرهنگی و ورزشی، نیروگاههای آبی، گازی و حرارتی، برجهای خنک کن باز و بسته نیروگاههای حرارتی، سازههای مرتبط با صنایع مختلف مانند سیمان، نفت و گاز، فولاد، شیشه و صنایع مختلف کشاورزی و غذایی، ساخت قطعات پیش ساخته غیرمسلح یا مسلح برای حفاظت از موج شکنها و تاسیسات بندری و غیره از جمله مواردی است که مصرف بتن با دوام و قطعات بتنی با عمر زیاد را می طلبد. هرچند از دیرباز مسئله دوام مصالح ساختمانی اهمیت داشته است اما بعد از جنگ جهانی دوم و به ویژه از دهه 70 میلادی با افزایش اهمیت مسائل زیست محیطی و کنترل آلودگیها به موضوع دوام بتن بیش از پیش پرداخته شده است و مرتباً بر اهمیت آن افزوده میگردد. [ 1 ]
لذا پر واضح است که با توجه حجم بالای تولید آلودگی در روند تولید مصالح اولیه ساخت بتن که بعضاً روند تولیدی تعدادی از آنها از منظر حجم و نوع پسماند خروجی از مخاطره ساز ترین صنایع در سطح دنیا شناخته میشوند کاهش عمر مفید این سازهها تا چه حد میتواند آثار زیان باری با خود به همراه داشته باشد. از این رو جا دارد تا در ایران نیز به عنوان کشوری در حال توسعه بیش از پیش به مبجث دوام پرداخته گردد.
3. بررسی انواع پسماند و آلودگیهای هوا در چرخه ساخت، بهره برداری و بازیافت سازه های بتنی:
3-1. پسماندها و آلودگی هوا ناشی از تولید مصالح اولیه:
3-1-1. استخراج ، تولید و حمل سیمان :
بخش صنعت به خصوص صنعت سیمان از جمله بخشهای عمده مصرف کننده انرژی پس از بخشهای خانگی، تجاری و حمل و نقل میباشد. مصرف زیاد سوختهای فسیلی جامد، مایع و گاز در کارخانجات این بخش و همچنین در نیروگاهها جهت تامین برق مورد نیاز کارخانههای سیمان علاوه بر پر هزینه شدن تولید، در ایجاد آلایندههای مختلف همچونCO2،NOX ، فلزات سنگین و فاضلابهای صنعتی و .... نقش مهمی را ایفا خواهد نمود. میزان انتشار آلایندهها که حاصل سوختن سوختهای فسیلی است، در محیط زیاده بوده و اثرات زیست محیطی زیانباری را از جمله آثار گلخانه ای، بارانهای اسیدی و مرگ و میر انسانها و سایر موجودات را به همراه خواهد داشت.
3-1-2. پسماند و آلودگیهای محیط در صنعت سیمان :
تولید سیمان بطور غیر قابل اجتناب یک فرایند پسماند زا و آلوده کننده محیط زیست میباشد. پسماند وآلودگیهای اصلی شامل ضایعات مواد اولیه تولید سیمان، پسماند ناشی از سوختهای فسیلی، فاضلابهای صنعتی، پسماند مصالح ساختمانی ناشی از تعمیرات در کورهها و سایر بخشها، فاضلابهای ساختمانی و بیمارستانی، دفع روغن و مواد ضایعاتی و تعمیرات ماشین آلات، نشت سوخت و هیدروکربنها از مخازن زیرزمینی، دی اکسید کربن ( CO2 )، دی اکسید سولفور ( SO2 )، اکسید های ازت ( NOX )، مونوکسید کربن ( CO ) و هیدروکربنهای سوخته، فلزات سنگین، ترکیبات آلی ( از قبیل در اکسینها و فورانها، گرد و غبارهای خروجی از دودکشها، هالوژنهها، سر و صدا، آب ریزشها و ضایعات تولیدی مثل آجرهای مستعمل و غبار کوره میباشد. [ 2 ] در جداول شماره 2، 3، 4، 5 و 6 به انواع آلودگیهای تولیدی و در شکل شماره 1 به بخشهای مختلف فرآیند تولید سیمان و آلودگیهای آن اشاره شده است.
3-1-3. استخراج، تولید و حمل فولاد :
اساساً واحدهای تولید فولاد در مرحله بهره برداری با توجه به فرآیند به کار گرفته شده، آلایندههای گوناگونی تولید نموده و به صورتهای مختلف شرایط نامطلوب و زیان آور محیط کار و محیط زیست ایجاد میکند. منبع اصلی پسماند و آلایندههای هوا در صنعت فولاد پسماندهای ناشی از استخراج مواد از مواد اولیه، نشت سوخت از مخازن، مصالح ضایعاتی ناشی از تعمیرات، روغن، قطعات و.... تعمیرات ماشین آلات و تجهیزات مکانیکی با توجه به استهلاک بالا، لجن اکسید آهن، نرمه آهن اسفنجی، ضایعات صنعتی، نرمه گندله سنگ آهن و کوره ی ذوب قراضهها می باشد. ماهیت و کیفیت پسماند و آلایندههای هوا به میزان استهلاک و عمر کارخانه وتجهیزات و ناخالصیهایی مثل رنگ، روغن، لاستیک، پلاستیک، فلزات سمی و سایر مواد خطرناک در مواد قراضه بستگی دارد. آلایندههای اصلی هوا در دود ناشی از کورهها، ذرات معلق هستند. فاکتور انتشار مواد معلق برای عملیات تولید کنترل نشده آهن و فولاد مطابق گزارش EPA برای کوره الکتریکی ( بدون لوله دم اکسیژن ) حدود 019/0 تا 19 کیلوگرم به ازای هر تن قراضه است. در صورتی که نسبت قراضه به محصول 07/1 درصد در نظر گرفته شود فاکتور انتشار باید حدود 02/0 یا 20 کیلوگرم در هر تن محصول باشد. گروه بانک جهانی میزان متوسط 10 کیلوگرم گرد و غبار به ازای هر تن فولاد را با دامنه حدود 35-5 کیلوگرم در تن برای کوره الکتریکی بسته به عواملی مثل ویژگیهای کوره و کیفیت قرضه ها، گزارش میکند. [ 6 ]
بخشها و مراحل مختلف تولید کننده آلودگی صوتی، هوا و پساب در صنعت فولاد :
حمل و نقل مواد اولیه
دپو ذخیره سازی مواد اولیه
بکار گیری مواد اولیه در فرآیند تولید
مرحله ذوب
خروج مواد مذاب و قالب گیری
تولید سرباره
انتشار ذرات فولاد
خنک کردن دستگاهها
تولید فاضلاب بهداشتی
تولید فاضلاب صنعتی
پیش حرارت دادن پاتیل
جوشکاری و عملیات برش شعله گاز
حمل و نقل جهت بازار [ 6 ]
3-1-4. استخراج و حمل سنگ دانهها :
برداشت روز افزون از معادن سنگ چه در قالب شن و ماسههای کوهی و یا رودخانه صرف نظر از میزان آلودگیهای ناشی از فرآوری انجامی، باعث تغییرات زیادی در چرخه اکوسیستم طبیعت و بطور خاص رودخانهها و جانوران وابسته به آن میگردد، که بی شک در بلند مدت میتواند اثرات سویی بر این چرخه داشت. پسماند و آلودگیهای ناشی از استخراج سنگ دانههای مصرفی در بتن شامل شن و ماسه در چند بخش قابل بررسی و تقسیم بندی میباشد.
آلودگیهای ناشی از احتراق سوخت دستگاههای سنگ شکن؛ پسماند آبهای شستوشو سنگ دانهها به منظور جدا سازی خاک و مواد زائد؛گرد و غبار ناشی از شکست مکانیکی سنگ دانهها؛ نشت سوخت مخازن مستهلک؛ آلودگی های ناشی از حمل و نقل داخل کارگاهی سنگ دانهها؛ آلودگیهای صوتی ناشی از فعالیتهای مکانیکی سنگ شکنها؛ پسماندهای ناشی از استهلاک بالای سنگ شکنها و روغن و قطعات تعویضی؛ پسماند ناشی از فاضلاب نیروی انسانی شاغل در این کارگاهها.
در اینجا با توجه به اینکه بخشهای زیادی از آلودگیهای ایجاد شده از استخراج و حمل سنگ دانهها با سایر مصالح مشروح پیشین مشابه میباشد ، صرفا به بررسی آلودگیهای صوتی ایجاد شده در فرآوری سنگ دانهها، در قالب دو جدول 7 و 8 و همچنین میزان صدای عمومی در قسمتهای مختلف معادن و مقادیر صدا در باند فرکانسی 8000-125 در مشاغل مختلف معدنی میپردازیم :
3-1-5. تولید و حمل مواد افزودنی بتن :
در حال حاضر افزودنیهای بتن به صورت فراگیر و رو به افزایشی در بتن به مصرف میرسد. این افزودنیها به دو صورت مایع و جامد به مصرف میرسند و به بتن ساز کمک میکنند که نیازهای خاص اجرایی و بهره برداری خود را پوشش دهد. این افزودنیهای شیمیایی ( افزودنیهای معدنی از این بحث خارج بوده و آلودگی و پسماند آنها بیشتر در زمان ساخت بتن مورد توجه میباشد ) مانند تولید سایر مواد شیمیایی دارای اثرات زیست محیطی میباشند.
ضایعات پلیمری؛ نشت سوخت از مخازن؛ کاتالیستها؛ جاذبها؛ فربالهای مولکولی و رزینها؛ روغن زائد و تعویضی؛ خاکهای رس و افزودنیهای پودری؛ لجن و فاضلابها؛ کک و هیدروکربنها؛ زائدات تعمیراتی و OVERHAUL، بشکههای مواد بسته بندی و غیره؛ آلودگیهای ناشی از احتراق سوختها و... فاضلابهای صنعتی و انسانی؛ آلودگیهای حمل و نقل [ 8 ]
3-2. پسماندهای ناشی از تولید و اجرای بتن :
فرآیند تولید و اجرای بتن در کارگاه به علت برنامه ریزی، کنترل، پیش بینیهای ناکافی و عدم دقت در مشخصات همواره ایجاد کننده بخش عمدهای از پسماند و آلودگی هوا در عرصه سازه های بتنی میباشد.
روغن و ضایعات ناشی از تعمیرات بچینگ؛ ماشین آلات حمل و پمپ بتن ریزی؛ پرت سیمان در محیط به صورت دوغاب و یا گرد؛ نشت افزودنی های شیمیایی در زمین؛ گرد وغبار ناشی از پودر میکروسیلیس و استنشاق توسط کارگران با اثرات تنفسی و سرطان زا؛ پسماند بسته بندی سیمان و مواد افزودنی؛ گازهای ناشی از احتراق سیستم سوخت در بچینگ؛ تراک میکسر و پمپهای بتن؛ فاضلابهای انسانی ناشی از حمام؛ دستشویی و آشپزخانه؛ فاضلابهای ناشی از شستوشو ماشین آلات؛ پساب ناشی شستوشو مصالح سنگی برای کاهش SE و خنک کردن مصالح؛ پساب ناشی از کیورینگ بتن؛ پرت های بتن های اضافه برنیاز به علت برآورد اشتباه و آماده نبودن کار و تخلیه آن در محیط زیست؛ پسماند ناشی از ظروف یک بار مصرف و سایر ضایعات کارگری.
3-3. بازیافت مصالح ناشی از تخریب پس از اتمام زمان بهره برداری یا عدم برخوداری از مشخصات مورد نیاز :
در حال حاضر در بسیاری از کشورهای پیشرفته و بخشهای زیادی از صنایع فرآیند بازیافت از منظر اقتصادی و محیط زیستی، بصورت جدی مورد توجه بوده و صورت میپذیرد. لذا در کشورهای در حال توسعه و جهان سوم این امر هنوز به طور جدی انجام نمیگیرد. بازیافت مصالح ساختمانی از جمله بتن نیز از این قاعده جدا نیست.
واقعیت این است که هر سازه و محصولی پس از پایان عمر مفید خود چه به صورت زودرس و چه طبق مشخصات تولیدی دو راه پیش رو دارد، یا به عنوان پسماند وارد طبیعت گردیده و یا در قالب بازیافت تمام و یا بخشی از آن مجدداً وارد چرخه مصرف میگردد. که این بازیافت از دو زاویه حفظ منابع طبیعی موجود و عدم تولید حداکثری پسماند قابل توجه می باشد. در خصوص بتن نیز این امکان وجود دارد تا با انجام فرآیندهای لازم و آزمایشهای مورد نیاز در تولید مجدد بتن مانند جایگزینی با مصالح سنگی، استفاده از آهن آلات و میلگردها و ... ، مورد استفاده قرار گیرد.
3-4. لزوم نگرش دوام محوری:
با اندکی تامل در موارد ذکر شده مشخص میباشد که هر مترمکعب بتن مصرفی در کارگاه به عنوان محصول تمام شده، در مراحل ساخت تا چه حد می تواند آلوده سازی محیط نقش داشته باشد. بدیهی است که کاهش عمر سازههای بتنی به دلایلی چون عدم توجه به مسائل طراحی و اجرا به هر میزان باعث میگردد این چرخه تولید پسماندها، افزایشی بیش از آنچه در استانداردهای عمرانی انتظار میرود باشد. لذا به نظر میرسد بهترین راه در حفظ منابع طبیعی که بعضاً تجدید ناپذیر میباشند و نیز جلوگیری از آلوده سازی و تخریب مضاعف محیط زیست، تقویت نگاههای دوام محور به منظور افزایش عمر بهره برداری سازهها، چه در فاز طراحی و چه در فاز نظارت و اجرا میباشد. در ذیل به آیتمهای موثر در کاهش عمر سازهها و نیز راهکارهای پیشنهادی برای رفع و پیشگیری در برابر آنها اشاره میگردد:
3-4-1. عوامل موثر بر کاهش دوام سازه های بتنی:
نمکها؛ اسیدها؛ گازهایی نظیر گاز کربنیک؛ پوشش نا کافی بتن بر روی فولاد؛ کیفیت پایین عمل آوری بتن؛ بار اضافی؛ آب و رطوبت؛ فرآیند یخبندان بتن؛ خوردگی میکروبی SRB ؛ باکتریهای اکسید کننده گوگرد.
3-4-2. عوامل و پیش نیازهای موثر در تامین دوام سازههای بتنی :
تأمین سرمایه؛ تأمین دانش فنی و نیروی انسانی متخصص؛ شناخت مصالح و مواد اولیه؛ شناخت عوامل فساد بتن؛ شناخت اقلیم و عوامل محیطی؛ تهیه مصالح و مواد مناسب و نگهداری آنها در شرایط خوب و استاندارد؛ تحقیقات: تحقیقات خود دو جزء که بهینه سازی و جایگزینی مواد جدید مقاوم در برابر عوامل فساد بتن و پیدا کردن روشهای جدید مبارزه با فساد بتن میباشد را شامل میشود؛ طرح اختلاط بتن؛ تولید، اجرا و عمل آوری بتن؛ نگهداری.
نتیجه گیری:
از نظر نویسنده، با توجه به محدودیتهای منابع طبیعی، لزوم و اهمیت حفظ محیط زیست و منابع موجود ، لازم و ضروری است با تامین و بهره گیری از فاکتورهای لازم و ذکر شده در مباحث و بالا بردن دانش فنی دست اندرکاران چون کارفرمایان، طراحان، مشاوران و پیمانکارن در بخشهای دولتی و به خصوص بخش خصوصی به علت در اختیار داشتن حجم بالایی از ساخت و ساز، نسبت به اعمال کنترلهای دقیق و کاربردی علاوه بر کنترلهای موجود در طرح اختلاط بتن و اجرای آن، چون نفوذپذیری، مقاومت الکتریکی و ... اقدام میدانی گردد. البته در حال حاضردر برخی از پروژهها این کنترلها صورت می پذیرد، لذا آنچه ضروریست انجام این کنترلها به صورت فراگیر میباشد. پر واضح است این امر در کنار لحاظ سایر موارد مورد نیاز چون اعمال پوشش و نیز سایر موارد ذکر شده در مقاله میتواند باعث افزایش حداکثری عمر سازههای بتنی و به تبع آن حفظ منابع موجود گردد. از این رو به نظر می رسد آموزش و آشنایی دست اندرکاران این عرصه باعث تاثیر مختلف این امر در سازمانهای ذیربط چون سازمان نظام مهندسی و دانشگاه میتواند تا حدود زیادی موثر واقع گردد.
منابع و مراجع :
[ 1 ] تدین ، محسن.(1384)، دوام سازه های بتنی ،کنفرانس بتن و توسعه .
[ 2 ] کریمی، مهرداد.، و افسریان، سید محمد.، وجهان زاده، حسن.(1391)، آلودگی های صنعت سیمان، اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست.
[ 3 ] بختیاری، نوبخت. (1391)، بررسی تاثیر عملکرد پروژه های عمرانی در آلودگی محیط زیست ، اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست
[ 4 ] سادات ضیاء جهرمی،شیما.، و هاشمی، سید حسین.( 1390)، بررسی ،فرآیند ها و آلاینده های صنعت سیمان و مدیریت و کنترل آن. پنجمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی محیط زیست.
[ 5 ] دیانی، علیرضا.، و رضایی، علی. (1391) ، صنعت سیمان و مسئولیت های زیست محیطی ، اقتصادی و اجتماعی آن . اولین کنفرانس صنعت سیمان انرژی ومحیط زیست.
[ 6 ] قاصدی، آذر.، و قاصدی، آتس سا.، و قربانی، سمانه.، و فلاح، قرشید.( 1388)، بررسی تومان اثرات زیان آور محیط کار و اثرات زیست محیطی ناشی از آلودگی هوا در صنایع فولاد . دوازدهمین همایش ملی بهداشت محیط زیست ، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی.
[ 7 ] حیدریان مقدم، محمد.( 1373)، بررسی میزان صدا و صدا در معادن سنگ آهن مرکزی ، پژوهنده (4 ) 76 ، ص 31-27.
[ 8 ] مومنی، علی.، و ناصریان،سیروس.(1390)، مدیریت پسماند در پتروشیمی بندر امام. پنجمین همایش ملی و نمایشگاه تخصصی محیط زیست.
نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))